(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造方法であって：
（ａ）シリコン基板を準備するステップと；
（ｂ）該シリコン基板上に第一酸化物層を形成し、該第一酸化物層を窒化するステップと；
（ｃ）該第一酸化物層上に、約１０−６０オングストロームの厚さで、酸化ハフニウム及びケイ酸ハフニウムの少なくとも一つからゲート誘電体層を形成するステップと；
（ｄ）該ゲート誘電体層を酸素含有プラズマにさらすことにより該ゲート誘電体層上に第二酸化物層を形成するステップと；
その後、
（ｅ）該ゲート誘電体層と、該第一酸化物層と、該第一酸化物層と該シリコン基板の間の接合部とをアニールするステップと；
を順次含み
ステップ（ｂ）からステップ（ｄ）まで単一チャンバ内で該シリコン基板を維持する、前記方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）が、分離プラズマソースによって生成された酸素、一酸化窒素、又は亜酸化窒素の少なくとも一つを含むプラズマに該第一酸化物層をさらす工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該第一酸化物層を窒化する工程が、該第一酸化物層を窒素含有プラズマにさらすことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｃ）が、プラズマ増強プロセスにおいて該ゲート誘電体層を形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｄ）における酸素含有プラズマが、低エネルギープラズマソースを用いて形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｅ）が、急速熱処理チャンバ又は炉内で該基板を熱的にアニールする工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｂ）の前に該シリコン基板から自然酸化物層を除去するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｄ）の前に該ゲート誘電体層を窒化するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、半導体基板上にデバイスを製造する方法に関する。より詳細には、本発明は、電界効果トランジスタ、特に電界効果トランジスタのゲート誘電体を製造する方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]集積回路は、基板上に形成され協働して回路内の種々の機能を行う１００万を超える超小型電子回路の電界効果トランジスタ（例えば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタ）を含むことができる。ＣＭＯＳトランジスタは、トランジスタのソースとドレインの間に形成されたチャネル領域の上に堆積されたゲート構造を備える。ゲート構造は、通常は、ゲート電極とゲート誘電体を備える。ゲート電極は、ゲート誘電体の上に配置され、動作中、ゲート誘電体の真下のチャネル領域における電荷キャリヤ（即ち、電流）の流れを制御するために用いる。
【０００３】
[0003]ゲート誘電体は、典型的には、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）又は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）から形成される。トランジスタのスピードを上げるために、改良集積回路におけるゲート誘電体の厚さは、約２０〜３０オングストローム以下の範囲で選択される。しかしながら、このような極薄ゲート誘電体を持つゲート構造の製造は、やりがいのある仕事である。一つの特定の問題は、現在の製造技術がトランジスタのシリコン／ゲート誘電体接合部に多量の窒素（Ｎ２）が拡散するために、ゲート誘電体を通って高リーク電流を引き起こし、チャネル領域における電荷キャリヤの移動度が減少する。更に、窒素とゲート電極の多結晶シリコンとの相互作用がＶＦＢ／Ｖｔ（ここで、ＶＦＢはフラットバンド電圧であり、Ｖｔは閾値電圧である）を変える。
【０００４】
[0004]それ故、電界効果トランジスタのゲート誘電体を製造する改善された方法が当該技術において求められている。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、一般的には、電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造方法に関する。本発明は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＣＩ）、電子メモリデバイス等の集積回路デバイスに用いることができる。
【０００６】
[0006]一実施形態において、本方法は、シリコン基板からの自然酸化物層を除去するステップと、基板上に第一酸化物層を形成するステップと、第一酸化物層の上にゲート誘電体層（例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉｘＯｙ、ここで、ｘ及びｙは整数である）等）を形成するステップと、ゲート誘電体層の上に第二酸化物層を形成するステップと、形成された層と、第一酸化物層と基板の間の接合部とをアニールするステップとを含む。所望により、基板上の第一酸化物層は、ゲート誘電体層を形成する前に窒化されてもよい。所望により、ゲート誘電体層は、ゲート誘電体層上に第二酸化物層を形成する前に窒化されてもよい。一実施形態において、本方法の少なくとも一部は、統合半導体基板処理システム（即ち、クラスターツール）の処理リアクタを用いて行われてもよい。一実施形態において、基板上の酸化物層は、第一酸化物層を堆積させることによって形成され、ゲート誘電体層上の酸化物層は、ゲート誘電体層を酸化することによって形成される。他の実施形態において、基板上の酸化物層は、酸化物層を堆積させることによって形成され、ゲート誘電体層上の酸化物層は、ゲート誘電体層上の第二酸化物層を堆積させることによって形成される。
【０００７】
[0007]他の実施形態において、基板の上の電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造方法は、基板から自然酸化物層を除去するステップと、窒素パージ環境又は真空環境に基板を入れるステップと、シリコン基板上に第一熱酸化物層を形成するステップと、第一熱酸化物層上にゲート誘電体層を形成するステップと、ゲート誘電体層上に第二酸化物層を形成するステップと、第一熱酸化物層と酸化されたゲート誘電体層がその上に形成された基板を熱的にアニールするステップとを含む。一実施形態において、基板上の酸化物層は、第一酸化物層を堆積させることによって形成され、ゲート誘電体層上の酸化物層は、酸素含有プラズマを用いてゲート誘電体層の少なくとも一部を酸化することによって形成される。他の実施形態において、基板上の酸化物層は、第一酸化物層を堆積させることによって形成され、ゲート誘電体層上の酸化物層は、熱酸化物層を形成することによって、即ち、ゲート誘電体層上に第二酸化物層を堆積させることによって形成される。
【０００８】
[0008]本発明の他の様態において、電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造のための統合半導体基板処理システムが開示される。一実施形態において、システムは、シリコン基板上に熱酸化物を形成するように構成された少なくとも一つの第一リアクタと、熱酸化物層上にゲート誘電体層を堆積するように構成された少なくとも一つの第二リアクタと、ゲート誘電体層を酸化するように構成された少なくとも一つの第三リアクタと、少なくとも一つのロードロックチャンバと、リアクタとロードロックチャンバのそれぞれに結合した少なくとも一つの基板搬送チャンバと、処理システムの動作を管理し監視するコントローラとを含む。
【０００９】
[0009]本発明の他の様態において、電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造のための統合半導体基板処理システムが開示される。一実施形態において、システムは、シリコン基板上に熱酸化物層を形成するように構成されたリアクタと、熱酸化物層上にゲート誘電体層を堆積するように構成され且つゲート誘電体層上に熱酸化物層を形成するように構成されたリアクタと；分離プラズマソースと；一つ以上のロードロックチャンバと；リアクタとロードロックチャンバに結合した少なくとも一つの基板搬送チャンバと；処理システムの動作を管理し監視するコントローラとを含む。
【００１０】
[0010]本発明の教示は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考慮することにより明らかになる。
【００１１】
[0015]可能であれば、同じ符号は、図に共通する同じ要素を表すために本明細書に用いる。
【００１２】
[0016]添付の図面は、本発明の例示的実施形態を示し、それだけで、本発明の範囲を限定するとみなされるべきでなく、他の等しく有効な実施形態を許容することができる。
【詳細な説明】
【００１３】
[0017]本発明は、極薄ゲート誘電体（例えば、約２０-３０オングストローム未満）を持つ電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造方法である。本発明は、統合半導体デバイスと回路の製造に用いることができる。
【００１４】
[0018]図１は、本発明の一実施形態による電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造方法１００を示す流れ図である。方法１００は、例示的ＣＭＯＳ電界効果トランジスタのゲート構造の製造の間に、基板上で行われる処理ステップを含む。一部の実施形態において、これらの処理ステップは、示された順序で行われる。別の実施形態において、これらのステップの少なくとも二つは、同時期に又は異なる順序で行われてもよい。サブステップと補助手順（例えば、処理リアクタ、プロセス制御ステップ等の間の基板の搬送）は、当該技術において周知であり、そのようなものとして、本明細書では省略される。
【００１５】
[0019]方法１００の少なくとも一部は、統合半導体基板処理システム（即ち、クラスターツール）の処理リアクタを用いてを行われる。このような一処理システムは、カリフォルニア、サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）統合処理システムである。適切な処理システム３００と適切なＣＶＤチャンバ４００の一般的な説明を、それぞれ図３と図４によって以下に述べる。
【００１６】
[0020]図２Ａ-図２Ｅは、共に、ゲート構造が図１の方法を用いて製造される基板を示す一連の概略断面図である。図２Ａ-図２Ｅの断面図は、ゲート誘電体を製造するために行われる個々の処理ステップに関する。図２Ａ-図２Ｅの図面は、一定の比率で縮小されてなく、説明のために簡略化されている。本発明を最良に理解するために、読者は、図１と図２Ａ-図２Ｅを同時に参照すべきである。
【００１７】
[0021]方法１００は、ステップ１０２から開始し、ステップ１０４に進む。
【００１８】
[0022]ステップ１０４において、シリコン（Ｓｉ）基板２００を準備し（例えば、２００ｍｍのウエハ、３００ｍｍのウエハ等）、基板の表面から自然酸化物（ＳｉＯ２）層２０４を除去する溶液にさらす（図２Ａ）。説明的に、方法１００を用いて、トランジスタのゲート構造（図示せず）を形成することができる。ゲート構造は、通常は、例えば、トランジスタのチャネル領域２２６とソースとドレインの領域２２２、２２４（破線で示されている）の上の領域２２０に配置される。図を明瞭にするために、領域２２０-２２６を図２Ａだけに示す。
【００１９】
[0023]一実施形態において、層２０４は、フッ化水素（ＨＦ）と純水（ＤＩ）を含む溶液（即ち、フッ化水素酸溶液）を用いて除去される。一実施形態において、溶液は、約０.１〜１０質量％のＨＦと約２０-３０℃の温度を有する。他の実施形態において、溶液は、約０.５％のＨＦと２５℃の温度を有する。ステップ１０４は、基板２００を溶液に湿式浸漬した後、純水ですすぐ工程を用い、超音波増強槽を含む単一ウエハ槽か又はバッチ槽で行うことができる。或いは、ステップ１０４は、統合処理システム３００の単一基板湿式洗浄リアクタを用いて行うことができる。他の実施形態において、基板２０４は、ＲＣＡ洗浄法を用いて除去することができる。ステップ１０２の完了時に、基板２００を、真空ロードロック又は窒素（Ｎ２）パージ環境に入れる。
【００２０】
[0024]ステップ１０６において、熱酸化物（ＳｉＯ２）層２０６は、基板２００（図２Ｂ）上で成長する。層２０６の厚さは、一般的には約２-４０オングストローム、好ましくは約２-１０オングストロームである。一実施形態において、層２０６の厚さは、約６-１０オングストロームである。ステップ１０６は、例えば、統合プロセスシステム３００のＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）急速熱処理（ＲＴＰ）リアクタ、分離プラズマ酸化(ＤＰＯ)リアクタ、又はプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）リアクタを用いて行うことができる。ＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）リアクタは、カリフォルニア、サンタクララのＡｐｐｌｉｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できる。
【００２１】
[0025]一実施形態において、ステップ１０６は、約７５０℃-８５０℃の基板温度と約０.１-５０トールの反応チャンバの圧力を維持しつつ、ＲＴＰリアクタを用いて行われ、約０.５-１０ｓｌｍの酸素（Ｏ２）を供給することによって層２０６を成長させることができる。プロセスの時間は、約５-３０秒であるのがよい。一実施形態において、Ｏ２は、約８００℃の温度と約２トールの圧力を維持しつつ、約２ｓｌｍで供給する。
【００２２】
[0026]他の実施形態において、層２０６は、約７００℃-８５０℃の基板温度を維持しつつ、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を約１-１０ｓｌｍの流量で、水素（Ｈ２）を約１０-５００ｓｃｃｍの流量で（即ち、Ｎ２Ｏ：Ｈ２の流量比は約２：１-１０００：１の範囲にある）を供給することによってＲＴＰリアクタ内で成長させることができる。更に、ステップ１０６は、反応チャンバの圧力を約０.５-２０トールに維持する。プロセスの時間は、約５-６０秒間であってもよい。特定の一プロセス法は、約８００℃の温度において、Ｎ２Ｏを約４.９ｓｌｍの流量でＨ２を約５０ｓｃｃｍの流量で（即ち、Ｎ２Ｏ：Ｈ２の流量比約９８：１）を供給する。
【００２３】
[0027]他の実施形態において、ステップ１０６は、ＤＰＯチャンバのような低エネルギープラズマを生成するのに適したプロセスチャンバを用いて行うことができる。プラズマの低エネルギーは、基板更に／又は層の表面での反応を制御することを援助する。例えば、プラズマは、他のプラズマソースの中でも、準リモートプラズマソース、誘導性プラズマソース、更に／又はＲＬＳＡソースを用いて生成するのがよい。別の実施形態において、ＣＷソース更に／又はパルスマイクロ波電力、例えば、マグネトロン又はＲＬＳＡマイクロ波ソースを、層２０６を形成するために用いることができる。
【００２４】
[0028]一実施形態において、層２０６は、基板２００を酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）等の少なくとも一つを含有するプラズマにさらすことによってＤＰＯリアクタ内で成長させることができる。更に、プラズマは、所望により、窒素（Ｎ２）更に／又は場合によっては不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等）を含有してもよい。
【００２５】
[0029]一実施形態において、層２０６は、ＤＰＯリアクタを用いて、約１０-２０００ｓｃｃｍの酸素（Ｏ２）、約２０℃-５００℃の基板ペデスタル温度、約５-１０００ミリトールの反応チャンバの圧力を供給することによって形成することができる。高周波（ＲＦ）プラズマは、最大約３-５ｋＷまでの連続波（ＣＷ）か又はパルスプラズマ電源を用いて、例えば、１３.５６ＭＨｚのエネルギーを与える。パルスの間、ピークＲＦ電力は、約１０-３０００Ｗの範囲にあってもよく、周波数は、約２-１００ｋＨｚの範囲にあってもよく、負荷サイクルは、約２-５０％の範囲にあってもよい。このプロセスは、約１-１８０秒間行われるのがよい。一実施形態において、Ｏ２は、約２００ｓｃｃｍで供給され、約５００ＷのピークＲＦ電力は、約５％の負荷サイクルが誘導性プラズマソースに適用された約１０ｋＨｚで、約２５℃の温度と約４０-８０ミリトールの圧力において約１５-６０秒間パルスされる。
【００２６】
[0030]実施形態において、更に、熱酸化物層２０６は、図４について記載されたＰＥ-ＣＶＤチャンバを用いて堆積させることができる。酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）等は、上のガスインジェクタ４３５を介して噴射され、シラン（ＳｉＨ４）は、下のガスインジェクタを介して噴射される。或いは、本明細書に記載される実施形態に開示された他のシリコンソースが用いられてもよい。上のガスインジェクタ４３５を通って噴射されたガスは、誘導結合プラズマによって励起することができる。酸素は、例えば、１３.５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）プラズマによって励起される。プラズマソースは、パルス方式で作動させてもＣＷ方式で作動させてもよい。パルスＲＦプラズマが適用される場合、ピーク電力は、１０-３０００ワットの範囲にあるのがよい。ＣＷ方式プラズマが適用される場合、ピーク電力は１０Ｗ-１０００Ｗの範囲にあるのがよい。
【００２７】
[0031]層２０６は、約１０-２０００ｓｃｃｍの酸素、約２０℃〜５００℃のペデスタル温度、１〜５０ミリトールのチャンバ内の圧力を提供することによって成長させることができる。
【００２８】
[0032]所望によるステップ１０７において、酸化物層２０６を窒化することができる。層２０６は、例えば、プラズマプロセス又は熱プロセスにおいて窒化することができる。説明的に、ステップ１０７は、層２０６の上の部分に窒化された物質の副層２０７を形成する（図２Ｃ）。窒化された副層２０７の厚さは、典型的には、約０.５-５オングストローム、好ましくは約１-３オングストロームの範囲に形成される。
【００２９】
[0033]一実施形態において、層２０６は、窒素含有プラズマにさらされる。一実施形態において、プラズマは、窒素（Ｎ２）を含有し、所望により、一つ以上の場合によっては不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等）を含有してもよい。ステップ１０７は、例えば、統合処理システム３００の分離プラズマ窒化（ＤＰＮ）プラズマリアクタを用いて行うことができる。
【００３０】
[0034]一実施形態において、副層２０７は、ＤＰＮリアクタを用いて約１０-２０００ｓｃｃｍの窒素（Ｎ２）、約２０-５００℃の基板ペデスタル温度、約５-１０００ミリトールの反応チャンバ内圧力を供給することによって形成することができる。高周波（ＲＦ）プラズマは、例えば、最大約３-５ｋＷまでの連続波（ＣＷ）又はパルスプラズマ電源を用いて、１３.５６ＭＨｚのエネルギーを与える。パルスの間、ピークＲＦ電力、周波数、負荷サイクルは、典型的には、それぞれ約１０-３０００Ｗ、約２-１００ｋＨｚ、約２-５０％の範囲で選ばれる。このプロセスは、約１-１８０秒間行われるのがよい。一実施形態において、Ｎ２は、約２００ｓｃｃｍで供給され、約１０００ＷのピークＲＦ電力は、約５％の負荷サイクルが誘導性プラズマソースに適用された約１０ｋＨｚで約２５℃の温度と約４０-８０ミリトールの圧力において約１５-６０秒間パルスされる。プラズマは、他のプラズマソースの中でも、準リモートプラズマソース、誘導性プラズマソース、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）ソースを用いて生成するのがよい。別の実施形態において、ＣＷ更に／又はパルスマイクロ波電源を用いて副層２０７を形成することができる。
【００３１】
[0035]所望によるステップ１０７において、熱酸化物層２０６もまた、窒化された物質の副層２０７を形成するためのＲＴＰリアクタ内で、高温で、アンモニア（ＮＨ３）ガス、又は、ＮＨ３とＮ２又は一つ以上の不活性ガス、例えば、ヘリウム、アルゴン等の混合物にさらすことによって熱的に窒化することができる。
【００３２】
[0036]一実施形態において、副層２０７は、７００℃-１０００℃の基板温度、約０.１-１０トールの反応チャンバの圧力を維持しつつ、アンモニア（ＮＨ３）ガスを５-１０００ｓｃｃｍで供給することによってＲＴＰリアクタを用いて形成することができる。プロセス時間は、約５-１２０秒間であるのがよい。一実施形態において、ＮＨ３は、約８００℃の温度と０.３トールの圧力を維持しつつ１００ｓｃｃｍで１５秒間供給される。所望により、バッチ炉を用いて、副層２０７を形成してもよい。
【００３３】
[0037]ステップ１０８において、ゲート誘電体層２０８は、熱酸化物層２０６（図２Ｄ）の上に堆積される。層２０８は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）から約２-２０オングストロームの厚さに、又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、ケイ酸ハフニウム（例えば、ＨｆｘＳｉｙＯ、ここで、ｘとｙは整数である）等又はこれらの組み合わせのような高ｋ物質から約１０-６０オングストロームの厚さに形成することができる。ステップ１０８は、例えば、ＣＶＤリアクタ又はＡＬＤリアクタのような統合処理システム３００の化学気相堆積（ＣＶＤ）リアクタ又は原子層堆積（ＡＬＤ）リアクタを用いて行うことができる。一つの適切なＣＶＤリアクタは、ＡｐｐｌｉｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できるＸＧｅｎ ＣＶＤリアクタである。
【００３４】
[0038]一実施形態において、ＣＶＤリアクタを用いたゲート誘電体層２０８は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を含むことができ、約４００-７５０℃の基板ペデスタル温度と約０.１-５０トールの反応チャンバ内の圧力を維持しつつ、アンモニア（ＮＨ３）を約１００-１０００ｓｃｃｍで、シラン（ＳｉＨ４）を約１-１００ｓｃｃｍで（即ち、ＮＨ３：ＳｉＨ４の流量比は１：１〜１０００：１の範囲にある）、窒素（Ｎ２）を約１０-１０００ｓｃｃｍで供給することによって形成することができる。このプロセスは、約３０-１８０秒間行うのがよい。一実施形態において、チャンバ内の温度約６００℃と圧力約５トールを維持しつつ、ＮＨ３を約５００ｓｃｃｍで、ＳｉＨ４を約１０ｓｃｃｍで、（即ち、ＮＨ３：ＳｉＨ４の流量比約５０：１）、Ｎ２を約２５ｓｃｃｍで供給する。シラン（ＳｉＨ４）の代わりに他のシリコンソースガス又は化学物質、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、トリクロロシラン（ＴＣＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）又はヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を使用し得る。
【００３５】
[0039]他の実施形態において、ゲート誘電体層２０８は、酸化ハフニウム又はケイ酸ハフニウムを含むのがよく、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセスを用いて堆積させるのがよい。酸化ハフニウム又はケイ酸ハフニウムゲート誘電体層２０８は、ハフニウムとシリコンの金属有機又は無機前駆物質をオゾン、水、又はリモートプラズマ酸素ラジカルの少なくとも一つを含む酸化剤と共に用いて形成することができる。
【００３６】
[0040]一実施形態において、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）から形成される誘電体層は、図４について記載されたＰＥ-ＣＶＤチャンバ内で堆積される。アンモニア（ＮＨ３）更に／又は窒素（Ｎ２）は、上のガスインジェクタを介して噴射されるが、シラン（ＳｉＨ４）は、下のガスインジェクタを介して噴射される。一実施形態によれば、ＮＨ３は、約１００-１０００ｓｃｃｍで噴射され、シランは、約１-１００ｓｃｃｍで、即ち、１：１〜１０００：１の範囲にある流量比で噴射される。更に、Ｎ２が１０-１０００ｓｃｃｍの流量比で噴射されてもよい。ペデスタルは、約４００℃〜約７５０℃の温度で維持され、リアクタチャンバ内の圧力は、約１ミリトール〜５０ミリトール、典型的には、１ミリトール〜２０ミリトールである。或いは、本明細書に記載された実施形態において開示される他のシリコンソースが用いられてもよい。
【００３７】
[0041]ＮＨ３更に／又はＮ２は、誘導結合プラズマによって励起される。アンモニア更に／又は窒素は、例えば、１３.５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）プラズマによって励起される。プラズマソースは、パルス方式で作動させてもＣＷ方式で作動させてもよい。パルスＲＦプラズマが適用される場合、ピーク電力は、１０〜３０００ワットの範囲であるのがよい。ＣＷ方式プラズマが適用される場合、ピーク電力は１０Ｗ〜１０００Ｗの範囲であるのがよい。
【００３８】
[0042]ステップ１１０において、ゲート誘電体層２０８は、酸素含有プラズマにさらすことによって酸化される。説明的に、ステップ１１０は、層２０８の上部に酸化された物質の副層２１０を形成する（図２Ｅ）。酸化された副層２１０の厚さは、典型的には、約０.２-１０オングストローム、好ましくは約０.５-５オングストロームの範囲で選ばれる。
【００３９】
[0043]一実施形態において、プラズマは、酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）等の少なくとも一つを含有するだけでなく、所望により、窒素（Ｎ２）更に／又は場合によっては不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等）を含有してもよい。ステップ１１０は、低エネルギープラズマを生成するのに適したプロセスチャンバを用いて行われてもよい。プラズマの低エネルギーは、基板更に／又は層の表面で反応を制御することを援助する。例えば、プラズマは、他のプラズマソースの中でも、準リモートプラズマソース、誘導プラズマソース、更に／又はＲＬＳＡソースを用いて生成するのがよい。別の実施形態において、マグネトロン又はＲＬＳＡマイクロ波ソースのようなＣＷ更に／又はパルスマイクロ波電源を用いて副層２１０を形成することもできる。一実施形態において、ステップ１１０は、例えば、統合処理システム３００のＤＰＮプラズマリアクタを用いて行うことができる。
【００４０】
[0044]副層２１０は、酸素（Ｏ２）を約１０-２０００ｓｃｃｍで供給することによって形成することができる。酸素は、所望により、Ｎ２更に／又はＨｅ更に／又はＡｒと混合してもよい。基板ペデスタル温度は、約２０-５００℃に維持され、反応チャンバ内の圧力は、約５-１０００ミリトールであるのがよい。高周波（ＲＦ）プラズマは、最大約３-５ｋＷの連続波（ＣＷ）か又はパルスプラズマ電源を用いて、例えば、約１３.５６ＭＨｚのエネルギーを与える。パルスの間、ピークＲＦ電力、周波数、負荷サイクルは、典型的には、それぞれ約１０-３０００Ｗ、約２-１００ｋＨｚ、約２-５０％の範囲で選ばれる。酸化プロセスは、約１-１８０秒間行うのがよい。一実施形態において、Ｏ２は、約２００ｓｃｃｍで、約５％の負荷サイクルが誘導プラズマソースに適用された約１０ｋＨｚでパルスされた約１０００ＷのピークＲＦ電力により約２５℃の温度と約４０ミリトールの圧力で約３０秒間供給される。
【００４１】
[0045]一実施形態において、更に又は或いはゲート誘電体層を酸化するために、酸化シリコン層を窒化シリコン誘電体層２０８上で成長させる。熱酸化シリコン層を、図４について記載されたＰＥ-ＣＶＤチャンバを用いて堆積させる。酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）等は、誘導結合プラズマによって励起され、ガスは上のガスインジェクタから噴射され、シリコンソース（例えば、シラン）は下のガスインジェクタによって供給される。或いは、本明細書に記載される実施形態に開示される他のシリコンソースが用いられてもよい。プラズマソースは、パルス方式で作動させてもＣＷ方式で動作させてもよい。窒化シリコン層の最上部上の酸化シリコン層は、２-２０オングストロームの範囲の厚さで堆積され、酸素を約１０-２０００ｓｃｃｍ、約２０℃-５００℃のペデスタル温度、１〜５０ミリトールのチャンバ内の圧力で供給することによって成長させることができる。酸素は、例えば、１３.５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）プラズマによって励起される。パルスＲＦパルスが適用される場合、ピーク電力は、１０-３０００ワットの範囲であるのがよい。ＣＷ方式が適用される場合、ピーク電力は１０Ｗ-１０００Ｗの範囲であるのがよい。
【００４２】
[0046]図４に開示されるように、ＰＥ-ＣＶＤチャンバ内で行われるステップ１０６、ステップ１０８、ステップ１１０に関連した実施形態によれば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＯ２のスタックを同一チャンバ内で堆積させてもよい。スタックにおける層を堆積させるステップは、所望により、プラズマ援助により行われてもよい。プラズマ増強プロセスが、より低い基板温度を可能にする。
【００４３】
[0047]低圧と、プラズマソース４１０と、下のチャンバ本体４２０とを含むチャンバ装置は、薄層の成長を可能にし、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２から形成されるゲート誘電体スタックを熱的に堆積させることができる。
【００４４】
[0048]ステップ１１２において、ゲート誘電体層２０８と層２０６と基板２００の間の酸化物／シリコン接合部をアニールする。ステップ１１２は、層２０６と層２１０のリーク電流の減少を向上し、（図２Ａに示されている）チャネル領域２２６の電荷キャリヤの移動度を増加するだけでなく、酸化物／シリコン接合部の信頼性を向上させる。ステップ１１２は、統合処理システム３００のＲＴＰ（例えば、ＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）又はＲＴＰＸＥ＋）リアクタ、又は単一基板或いはバッチ炉のような適切な熱アニールチャンバを用いて行うことができる。
【００４５】
[0049]一実施形態において、ステップ１１２のアニールプロセスは、約８００-１１００℃の基板表面温度と約０.１-５０トールの反応チャンバ内の圧力を維持しつつ、約２-５０００ｓｃｃｍの酸素（Ｏ２）と約１００-５０００ｓｃｃｍの一酸化窒素（ＮＯ）の少なくとも一つを供給することによって行うことができ、所望により、いずれのガスも窒素（Ｎ２）と混合されてもよい。プロセスは、約５-１８０秒間行われるのがよい。一実施形態において、チャンバを約１０００℃の温度と約０.１トールの圧力に維持しつつ、Ｏ２を約５００ｓｃｃｍで約１５秒間供給する。他の実施形態において、チャンバを約１０００℃の温度と約０.５トールの圧力に維持しつつ、ＮＯを約５００ｓｃｃｍで約１５秒間供給する。
【００４６】
[0050]ステップ１１２の完了時に、ステップ１１４において、方法１００が終了する。集積回路の製造において、方法１００は、有利には、リーク電流のための高比抵抗路を示す極薄ゲート誘電体を形成し、電界効果トランジスタのチャネル領域の電荷キャリヤの高移動度を容易にする。
【００４７】
[0051]図３は、図１の方法の一部を行うために用いることができる種類の例示的ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）統合半導体基板処理システム（例えば、クラスターツール）３００を示す概略図である。システム３００の具体的な実施形態は、説明のためのものであり、本発明の範囲を限定するために用いるべきではない。方法１００が、他の半導体基板処理システム更に／又は処理リアクタを用いて行われてもよいことは企図される。
【００４８】
[0052]統合処理システム３００は、一般的には、真空ロードロックチャンバ３２２と、ロボット３３０が基板レセプタクル３３４に供給する真空気密プレナム３２８と、プレナム３２８に結合したプロセスモジュール３１０、３１２、３１４、３１６、３１８と、搬入／搬出モジュール３０２と、場合によっては計測モジュール３２６と、システムコントローラ３４０とを含む。ロードロックチャンバ３２２は、基板カセットのドッキングステーションとして用いられ、大気汚染からプレナム３２８を保護する。ロボットは、ロードロックチャンバとプロセスモジュールの間で基板を搬送する。ロボット３３０の示された実施形態は典型的であり、本発明の範囲を制限すべきではない。搬入／搬出モジュール３０２は、少なくとも一つの前面ドア付きポッド（ＦＯＵＰ）３０６（二つのＦＯＵＰ３０６を示す）を備え、ファクトリインタフェース３２４と、計測モジュール３２６と、ロードロックチャンバ３２２の間の基板カセットの交換を容易にする。
【００４９】
[0053]システムコントローラ３４０は、一般的には、中央処理装置（ＣＰＵ）３４２と、メモリ３４４と、支援回路３４６とを備え、統合処理システム３００のモジュールと装置に結合し制御するだけでなく、それぞれのモジュールからのデータの収集とフィードバックを可能にして、システム３００の性能を最適化する。動作中、コントローラ３４０は、システム３００のモジュールと装置の直接制御を用いるか、或いはこれらのモジュールと装置と関連付けられたコンピュータ（又はコントローラ）を管理する。
【００５０】
[0054]処理モジュール３１０、３１２、３１４、３１６、３１８の少なくとも一つは、ＲＴＰリアクタ（例えば、ＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）リアクタ）、ＰＥＣＶＤリアクタ、ＣＶＤリアクタ（例えば、ＸＧｅｎリアクタ）、ＡＬＤリアクタ、ＤＰＮリアクタ、更に／又は上記図１の説明でプロセスを行うのに適した他のリアクタであってもよい。本発明のプロセスを行うためのシステム３００の可能な構成の一例としては、二つのロードロックチャンバ３２２、二つのＲＴＰモジュール３１０と３１２、ＡＬＤモジュール３１４、ＣＶＤモジュール３１６、ＤＰＮモジュール３１８、測定ツール３０４とロボット３０８と３２０を備える計測モジュール３２６、二つのＦＯＵＰ３０６を備える搬入／搬出モジュール３０２が挙げられる。システム３００の他の構成を用いて、本明細書に記載される本発明を実施することも企図される。
【００５１】
[0055]図４は、例示的ＰＥ-ＣＶＤチャンバ４００を示す概略図である。分離プラズマ窒化（ＤＰＮ）プラズマソース４１０は、下のチャンバ本体４２０の処理領域４０２の上に設けられる。チャンバ壁４２２は、処理領域４０２をとり囲んでいる。基板４０１は、ペデスタル４２４上に置かれる。ペデスタル４２４は、ペデスタルのデュアルゾーンヒータの接続を含むステム４５０を持つ。デュアルゾーンヒーターペデスタルに関する詳細は、２００１年１０月１９日出願の米国特許第６,６４６,２３５号により詳細に記載され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【００５２】
[0056]コイル４１２は、プラズマソースのドームの上壁の縦軸の周りにらせん状になっている。コイル４１２は、電極プレート４１８の上に位置決めされ、ドーム形と一致する。コイルの一端は、ＲＦソース４６２に接続され、コイルの対向する一端は、接地に接続される。一実施形態によれば、ＲＦ整合回路４６４は、ＲＦソース４６２とコイル４１２の間に設けられてもよい。
【００５３】
[0057]ＲＦソース４６２を作動させて、例えば１３.５６ＭＨｚの周波数でコイル４１２にＲＦ電流を供給することができる。0〜３０００ワットの電力が印加されるのがよい。ＲＦフィールドは、ガスインジェクタ４３５に噴射される窒素ガス又は酸素ガスと結合する。ガスインジェクタ４３５は、Ｎ２、ＮＨ３等を噴射することができる。更に、ガスインジェクタ４３５は、酸化物を成長させる場合には、酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、又は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を噴射させることができる。ＲＦソース４６２は、パルス方式でもＣＷ方式でも作動させることができる。
【００５４】
[0058]ガスインジェクタ４３５によって噴射され、ＲＦプラズマによってイオン化されるガスと堆積ガスインジェクタ４３０によって噴射される堆積ガスは、プロセス領域４０２内で更に／又は基板上の層の熱的な堆積のために加熱されたウエハ表面上で反応する。
【００５５】
[0059]ターボポンプ４４０は、バルブ４４２とガス排出口４４３を介してチャンバ本体４２０に接続される。一実施形態において、バルブ４４２はスロットバルブであってもよい。ターボポンプ４４０は、基板４０１上の所望の成長条件に適切なレベルまでチャンバ内の圧力を減少させることができる。一実施形態によれば、処理領域の圧力は、約３０ミリトール未満、典型的には約１ミリトール〜約２０ミリトールであるように制御される。
【００５６】
[0060]上記実施形態は、例えば、励起された窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、又は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）でシリコンの成長を可能にする。窒素更に／又はＮＨ３を用いて、窒化シリコン層を堆積させる。上のガスインジェクタ４３５から導入されるガスは、シリコンソースと混合する前に、パルスＲＦ誘導ソースで励起することができる。それにより、プラズマ増強ＣＶＤは、より低いウエハ温度で行うことができる。
【００５７】
[0061]実施形態を更に形成するためにチャンバ４００内に含むことができるチャンバの詳細は、２００３年６月１２日出願の米国特許第６,８３１,０２１号により詳述されており、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【００５８】
[0062]本発明は、パラメータが、本発明の精神から逸脱することなく本明細書に開示された教示を用いることによって当業者が許容し得る特徴を達成するように調整することができる他のプロセスを用いて実施することができる。上記は電界効果トランジスタの製造を述べたが、集積回路に用いられるその他のデバイスと構造の製造もまた、本発明から利益を得ることができる。
【００５９】
[0063]上記は、本発明の実施形態に関するが、本発明の他の多くの実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに構成されてもよく、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による電界効果トランジスタのゲート誘電体の製造方法を示す流れ図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ゲート構造が図１の方法に従って製造された基板を示す一連の概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ゲート構造が図１の方法に従って製造された基板を示す一連の概略断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ゲート構造が図１の方法に従って製造された基板を示す一連の概略断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、ゲート構造が図１の方法に従って製造された基板を示す一連の概略断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、ゲート構造が図１の方法に従って製造された基板を示す一連の概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の一部を実施するために用いることができる種類の例示的統合半導体基板処理システムを示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の一部を実施するために用いることができる種類の例示的統合半導体基板処理チャンバを示す概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
２００…基板、２０４…自然酸化物層、２０６…熱酸化物層、２０７…副層、２０８…ゲート誘電体層、２２２…ソース領域、２２４…ドレイン領域、２２６…チャネル領域、３００…処理システム、３０２…搬入／搬出モジュール、３０４…測定ツール、３０６…ＦＯＵＰ、３１０…ＲＴＰモジュール、３１２…ＲＴＰモジュール、３１４…ＡＬＤモジュール、３１６…ＣＶＤモジュール、３１８…ＤＰＮモジュール、３２２…真空ロードロックチャンバ、３２４…ファクトリインタフェース、３２６…計測モジュール、３２８…プレナム、３３０…ロボット、３３４…基板レセプタクル、４００…ＣＶＤチャンバ、４０１…基板、４０２…処理領域、４１０…プラズマソース、４１２…コイル、４２０…チャンバ本体、４２２…チャンバ壁、４２４…ペデスタル、４３５…ガスインジェクタ、４４０…ターボポンプ、４４２…バルブ、４４３…ガス排出口、４５０…ステム、４６２…ＲＦソース、４６４…ＲＦ整合回路。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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